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レーザーカッターによるCNCマシン精度確認 [CNC]

 レーザーカッターはAliexpressで4千円というのをついポチってしまった。
Ali Screen shot.png
 出力は0.5wとレーザーカッターとしては最低レベルだが、焦点が合っていれば、紙なら十分切断できるし、木材への線引きもこなせる。
 ただし、この程度のパワーではレンズの焦点が少し外れても切れなくなるので、十分にレーザーを収束させる必要がある。 

 6mmベニヤに線を引いているところ。
IMG_6192.jpg

 先端の円筒形の部分がレンズで、回転させて焦点距離を調節する。
IMG_6195.jpg
 さらに線が最も細くなるよう材とレンズまでの長さを調節する。48mmの線が一番細くなっており、この辺りに焦点があるようだ。
IMG_6337.jpg
 レーザーの送り速度は100mm/分程度か。

 小パワーとは言え、反射光でも直視するのはあまり気持ちいいものではないので、レーザー光が見える場合は必ず付属の安全メガネは着用。
IMG_6338.jpg

 レーザーカッターは、材に直接罫書きやレンダリングをしたり、薄手の樹脂や紙、布の切断などいろいろな応用が考えられるが、実用用途としてはCNCマシンの精度確認に使ったのが最初になる。

 マシンの構造部を作る中で、精度的に気になっていたのがX軸とY軸の組み付け角度。
IMG_6266.jpg
 これの直角が狂っていると、加工結果もそれに倣って狂う。
 つまり、CADで正方形を描き、直角が狂っているCNCで切り出した場合、菱形に歪んでしまう。

 そこで、レーザーカッターで実際のCNC駆動により直角を描き、描いた線で直角精度を確認してみることにする。

 まず、JWCADで直角を描くところから。板の大きさに合わせ縦250mm、横400mmの直角を描く。
jwcad screen.png

 レーザー用Gコード作成はフリーのドローソフトInkscapeを使うため、JWCADからDXF型式で保存し、Inkscapeにインポートする。最初からInkscapeで直角が描ければわざわざこんな事をする必要も無い。
 Inkscapeの拡張機能の中にある「Generate Laser Gcord」の「j Tech ・・・・」を選択する。これは確かアドオンなので、別にインストールが必要。
Inkscape.png
このようなポップアップが開くので、ここにコマンドやパラメーターを入れ「適用」を押すと所定のフォルダにGコードファイルが出力される。
Inkscape EXT.png
 Laser ON command欄には、レーザーが出力可変(TTL対応)できる場合はM04、できない場合は出力固定のM03を使うようだ。M04だと、駆動速度の変化に応じて自動でレーザー出力をコントロールしてくれるので、仕上がりが美しくなる。

 GコードをCNCに転送するためソフトはbCNCを使用。
 実行すると、最初にX軸、それからY軸の順に駆動した。
IMG_6241.jpg 
つまり、CNCマシンのフレーム組み付け角度がそのまま転写される。

 短辺を合わせて直角定規を当てる・・・・、
IMG_6343.jpg
 長辺側400mmの両端での隙間を見ると約1.6mm程度のずれが生じている。角度になおせば約0.2度。
図示すれば、こんな感じか。
図.png


 自作マシンのガントリーは、X軸が断面20×60mmのアルミフレームが並列に2本並び、これの両端に6mmのアルミのエンドプレートをボルトで固定している。プレートに付いたホイールがY軸フレームのレールを動くので、プレートをY軸と考えてよい。

フレームは、ミスミで長さ指定して購入したものをそのまま使っており、特に高精度な加工を行ってはおらず、X軸フレームの端断面の傾斜、あるいは、2本のフレーム長が違うなどが傾きの原因になっていると思われる。

 修正は、X軸フレームと端のプレートとの間にシムを挟む。
 試しに厚さ0.15~0.2mm程度の厚手のナイロン袋の2枚合わせの部分を挟んでみた。
IMG_6269.jpg
 再度L字を描かせると、直下定規にほぼ重なる感じだが、よく見ると若干の過修正で、反対方向にわずかに(多分0.5mm未満)ずれている。噛ませ幅を減らすか、厚さを薄くすれば良さそうだ。

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CNCの配線 [CNC]

CNCの配線イメージ図がこれ。
map.png
「自作CNCマシン・レーザーカッター」さんのを参考に同じように作ってみた。

リミットスイッチ関係など詳細は現状と少し違う部分もある。
結構怪しいので、参考にはしないほうがいいです(笑)

実際の引き回し。
IMG_6130.jpg
X軸、Z軸回りのケーブルはチェーンに束ね、
ガントリー左側のサイドプレートの所まで引き出す。

くねって動くチェーンはいかにもそれっぽくてかっこいい。

写真は4芯シールドケーブル3本だが、最終的にはこれに2芯ケーブル4本を加えた計7本をチェーンに通す。断面30×15mmのチェーンはこれだけで満杯状態。
モーター用はケーブル色を統一しようと各軸を4芯ケーブルとして独立させたが、せめて8芯に集約すればよかった。

4芯ケーブルはX、Z軸モーターとリミットスイッチ関係が各1本でいずれも同じシールドケーブルを使用。
2芯ケーブルはストレージ関係、つまりレーザーカッターとFANに照明LED、プローブ用で計4本。いずれも0.3スケアの赤黒2色ケーブルを使用
スピンドルモーター関係はノイズの影響などがあるらしいので、別系統とする。

最終的には、これにY軸左右モーター用4芯ケーブル2本がさらに加わることになる。

ここで、リミットスイッチだが、ガントリー側の両端にマイクロスイッチを配置、
IMG_6196.jpg

ガントリーが端まで動くとストッパー
IMG_6291.jpg
に触れてスイッチONで通電、エリア端を検出する。X、Y軸はそれぞれ+、-方向、Z軸は+方向のみの計5個のスイッチを配置した。
スイッチからの信号ケーブルは、CNCシールドのこの部分に繋ぐ。
IMG_5863.jpg
 CNCシールド上の端子はX、Y、Zそれぞれ+、-2方向の別があり、6系統あるように見えるが、「自作CNCマシン・レーザーカッター」さんの情報では各軸の+、-は並列に繋がっているだけ、つまり+、-方向の区別はしていないらしい。

 そこで、+方向、-方向用のそれぞれのスイッチはパラレルで結線。
 最終的に、X、Y、ZのGNDを共用し、リミットスイッチ関係の配線を4芯ケーブル1本に集約した。これで本当に問題ないないかどうかは?だが、ひとまずこれで試してみることにする。

 Z軸リミットスイッチ。
IMG_6333.jpg
 ブラケットの構造はこんな感じ。
IMG_6222.jpg
 設計が後回しになったため、かなりアクロバチックな構造となっ(^^;)

 X軸リミットスイッチ。
IMG_6229.jpg
 左右で裏表逆の固定となるため、向かって左は赤、右は裏側がでるため黒色。結線は右から左の方にパラレルで延長している。

 最後に、X、Z軸とY軸リミットスイッチの配線をガントリー左側の端子台で集約する。
IMG_6201.jpg
 ここでは、空き芯を適当に使っているので色分けに特に意味は無くなってしまった。
端子台から出る(下向)ケーブル線の色でいうと、黒がGND、赤がX軸+、緑がY軸+、白がZ軸+になる。

 これをCNCシールドに接続する部分は、10端子ハウジングのうち4つを使用した。色分けは、上と同じ。
IMG_6331.jpg
タグ:DIY CNC
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網戸の開き止めを作る [DIY]

つい最近、我が家のネコが丸1日ほど行方不明になる。
IMG_5893.JPG
朝、居ないことに気がついたときは、戸も窓も全て閉まっていて、自分で逃げ出した形跡は見当たらず。
怪しかったのは、道に面した格子付きの窓。
夏はだいたい夜も網戸のままにしてあって、猫たちがそこからよく外を眺めている。
外から網戸を開けようと思えばいとも簡単に開けられる。
盗難か?と思ったが、翌朝、幸いにも工房の脇をのこのこ歩いている所を確保し事なきをえた。

どこから、どのようにして逃亡したかは、結局不明のままだが、
用心に越したことはないので、網戸にしていても簡単に開けられないように開き止めを作ってみた。
断面が10mm×12mm程度の木片を丸鋸テーブルで挽いて、深さ5mm程度の溝をいれたもので、網戸用とサッシ用の1ペアで開き止めとして機能する。
IMG_6294.JPG
溝幅は、それぞれのレールの厚さに合わせて
網戸用が一度挽きで1.6mm、
サッシは2度挽きして、多分3mm程度だろう。

網戸用ストッパーは外側に露出し、その気になれば外からでも外せるので、黒のつや消しラッカー吹きつけ、上側のレールに付けた。
網戸用を取り付けるところ。
IMG_6299.JPG

取り付けたところ。
IMG_6298.JPG
現状、ストッパーの反りがバネになってはめただけで落ちないが、
両面テープをレールに貼ってこの上から差し込めば容易には取れないだろう。

外から見ても、目立たないし背伸びした程度では届かない。
IMG_6297.JPG

窓サッシ側も開けた状態で固定するよう、内側のレールにストッパーをはめる。
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はめたところ。
IMG_6318.JPG
この状態で、外側の窓は自由に動くので、サッシの開閉、施錠に問題はない。

タグ: DIY
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CNCマシンで円を描く(駆動テストその2) [CNC]

IMG_6172.jpg
 Y軸の組み付け固定ができたので、ようやく本式に3軸全体の駆動ができるようになった。
 これまでは、実際軸駆動はX軸、Z軸を個別にコントローラーで動かしていただけで、CNCの全体として正常・正確に動くのかの確認はできていない。

というわけで、上の写真右下の赤いサインペンでプロッタもどきに線を引かせてみた。 
 bCNCのコントローラーを使えば、上下左右、斜め方向に直線が簡単に描けるが、
bCNC control.jpg
 X,Y軸の同時駆動による微妙な制御を確認するのに円を描かせてみることに。
 bCNCのターミナルから、次のGコードを手入力する。

 G91G2X0Y0I0J-10F300

 これが、現状の位置から時計回りに半径10mmの円を毎分300mmの速度で動かすという指令になる(らしい)。
 タイプミスや、スペースを間に入れてしまったりでエラーを返された末(^^; 5、6回目ににようやく動き始める。


ご覧の通り、円にはなるが左右(X軸)方向が結構変形している。
IMG_6164.jpg

X軸の駆動ベルトが明らかに緩すぎるようだ。
IMG_6170.jpg

 ベルトを締めるなど若干の調整後、直径4cmで円を描いたところ。
IMG_6165.jpg
 だいぶ良くなったが、さらに調整。
IMG_6169.jpg

直径4cmで書いたが、横方向が0.5mmほど短い。
IMG_6175.jpg
これはペンの固定が結束バンド1か所のため、首を振っているせいと思われる。

 このCNCマシンの駆動精度だが、理論上の分解能はX,Y軸が0.0125mm、Z軸は0.01mmになる。
 これ、あくまでモーターの回転精度からくる理論値で、これ以外に機械的な組み付け精度やベルト駆動に伴う誤差などの要素が加わるので実際は精度はもっと落ちると思われる。

 分解能の理屈は、ステッピングモーターが一般的な2相タイプなので1回転するのに200ステップ(1ステップで1.8°角回転する)となり、この1ステップがモーターの最小分解能になる。
 今回、X、Y軸のベルト・プリーリーは2GTで歯のストロークが2mmで、プーリーの歯数が20であるため、モーター軸1回転で40mmの送り量になる。つまり、この構成だけだと分解能は40mm÷200ステップ=0.2mmにすぎない。
 分解能0.2mmではさすがに荒すぎるので、これに、ドライバー本体のマイクロステップ機能を使用して、モーターのステップをさらに1/16まで細かくしている。DRV8825だと、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32まで、CNCシールドソケットの間にあるジャンパで設定できる。
CNC Shield.png
写真では黄色のジャンパが全て刺さっている(全てHigh)が、Low’(ジャンパなし)を組み合わせて希望するマイクロステップを設定できる。

 これによりモーター1回転は200ステップ×16=3200ステップとなり、1ステップ当たりの送り量は40mm÷3200ステップ=0.0125mmとなる。

 これに対し、Z軸は台形ネジ駆動のため1回転のストロークは8mm、マイクロステップは1/4とし、モーター1回転当たりのステップ数は200×4=800ステップ、8mm÷800ステップ=0.01mmで、X,Y軸に近い値にしている。

 DRV8825はマイクロステップを1/32まで上げられるので、分解能をさらに上げることは可能だが、その他の精度の限界もあるし、モーターのトルク低下というデメリットもあるようなので、この辺がいいところだろう。

 この辺の分解能はコントローラーにCNCの基本情報として設定する必要があり、正しく設定されていないと当然スケールが異なるなど精度が出ない。
terminal.png

 上のリスト$100、$101、$102に記載のある数字が、X,Y,Z各軸の1mm当たりのステップ数を示している。

タグ:DIY 自作 CNC

CNCテーブルの製作 [CNC]

 Y軸フレームの位置決めと加工材料を配置、固定するためのテーブルを作る。
IMG_6127.jpg

作業台を作って、これにCNCを直づけできればフレームの構造は必要ないが、作業台も何時作れるかわからないのでX-carveと同じ20×20アルミフレームに18mmの板材を載せて造る。

 板材は、MDFの方がよかったのだが、たまたま入手できず。平滑で比較的反りが少なそうな18mmのシナランバーコアで代用した。


 材料固定メカニズムは、クランプをボルトでテーブル面に押し付けて固定する。テーブル裏側に10cm間隔で仕込んだ6mmの鬼目ナットを埋め込む。
IMG_6095.jpg
 
 垂直にそれほどこだわる必要もないが、穴の品質を揃えようとこういうドリルスタンドを購入。若干スライドの滑りが悪い部分もあるが、この程度の作業には十分な感じ。
IMG_6082.jpg

 また、鬼目ナットの下穴8.7~9mmに対して、9mmのドリルビットを使用したが、ランバーコアは芯が軟材のため、鬼目ナットの効きが弱すぎ。8.5mmを使うべきだった。

ここで、使い残しのウレタンニスが少しあったので、全面に1回だけ吹き付けた。湿気による変形防止を狙うのなら、もっと徹底的に重ねた方がいいが、余り重ねては、テーブル面へのマーキングが難しくなる。

 フレームは配置はX-carveと同じ、短辺に左右中央の計3本を平行に配置し、
IMG_6100.jpg
 これを前後から挟みこむ形とし、テーブル正面からボルトを通して、フレームの溝に入れた角ナット入れて固定する。ボルトはいずれもM5で、長編が4本、短辺が2本。
 ボルトの頭が出ないよう、トリマーで4mm程度の掘り込みを入れる。
IMG_6102.jpg

 掘り込み用に造った治具。
IMG_6090.jpg
IMG_6089.jpg
IMG_6092.jpgしっかり固定していなかったので、切削中にずれが(^^;

 テーブル表からボルトを通し、角ナットを少しだけはめる。
IMG_6097.jpg

 角ナットをフレームの溝にスライドさせて仮置き。
IMG_6099.jpg
 4本のフレームは全てこの方法で固定、残る一本は、予めフレーム側にボルトをセットし、テーブル側面の切り欠き溝に横から滑り込ませたが、そこまで厳密にする必要はなかったかもしれない。

 フレームの接合部6箇所のコーナーには
IMG_6101.jpg
直角固定のブラケットを入れる。10300437260.jpg

 ここまで、全てのネジは最初緩めにしておいて、フレームとテーブル面の位置を確認(ランバーコアの各辺はアルミフレームの各外辺より1mm小さくなるよにしている)したあと締める。
 板のコアが柔らかい上に、フレームのねじ込み代が6mmしかないため、ボルトを締め過ぎるとボルトが仕えて押さえが効かなくなる。やはりMDFの方が良かった。

テーブルの完成。後は、これの両サイドにY軸フレームを固定する。
IMG_6104.jpg

上と同じ要領で、Y軸サイドプレート通したボルトに角ナットを少しはめた状態で、テーブル側の溝に滑り込ませる。
IMG_6121.jpg

Y軸片側を固定して、ガントリーを載せる。
IMG_6110.jpg
ここでYフレームの中程に取り付けた補助の支持プレートが効いてくる。補助プレートは、一応テーブル側面にボルトで固定するようにしているが、フレーム幅がY軸レール幅と同じになるよう厳密に管理されていないと、Y軸レールの並行を狂わすことになるので、テーブルには完全に固定しない方がいいかもしれない。


残りのサイドプレートも同じようにして取り付け。
IMG_6123.jpg

ガントリーを前後に滑らせて左右Yフレームが並行になるよう微調整したうえで、ボルトを締める。

タグ:DIY 自作 CNC

CNCコントローラーの構成と駆動テスト [CNC]

前回のブログから2ヶ月以上が経過・・・なんとも筆が重い。
忙しかったせいもあるが、色々トラブルがあり、製作の方が進んでいない。
また、コントローラーは「自作CNCマシン・レーザーカッター」さんのブログと同じ構成で、見よう見まねで作っているだけなので、内容的にブラックボックスが多いという点も気が引ける(^^;


ということで、軽く概要の紹介のみにする。
これがCNCコントローラー一式。PCとはUSBで接続する。
IMG_5861.jpg

基板は3段重ねで、最上段のソケットに4つ刺さっているのがDRV8825というモータードライバー基板。放熱器が被さっているのが8825のドライバチップ本体。
その下に赤く見えている基板が、CNCシールドV3(壊したので、後でV3.51の交換)という基盤。

陰になって見えないが、最下段が汎用マイコン基盤のArduinoUNO(ただし中華クローン)
AruduinoにはCNCとして機能させるためBGRLというソフトをインストールしている。

これら一式がAliexpressで2千円弱で購入できる。
controler.png

これで4個のステッピングモーター(nema23規格、つまり縦横57mm角?)を駆動する。
上の方がZ軸(上下の駆動)と左下に見えているのがX軸(左右の駆動)の各モーター
IMG_6142.jpg

Y軸はガントリー両サイドのプレートにそれぞれ内向きに固定IMG_6136.jpg
Y軸は2個のモーターをそれぞれ別ドライバをクローンで動かしている。このままでは回転方向が同じになるため、右側の結線を変え(赤と青(白)を入れ替え)て逆回転するようにしている。
IMG_6006.jpg

最初、ベルトを張らずにモーターの駆動テストしたのだが、何故か一部の挙動がおかしい。
テストは、bCNCというGコードをCNCに転送する際に使うフリーソフトを使用。bCNCではコントローラータブから、CNCを指定した長さだけ動かしたりといった操作が簡単にできる。
bCNC.png

X軸、Y軸は問題なく指示する方向に回転したのだが、問題はZ軸。
下向き矢印を押しても上向きの矢印を押しても、常に上向き方向にしか回転しない。CNCに送られているGコードを見ると、ちゃんとZ+、Z-の符号があるのでGコードを生成するPC側の問題ではないはずだ。さらに、最初は気づかなかったが、よく見るとY軸の片方もZ軸と同じ挙動で、一方向にしか回転しない。

そこで、モーターの結線チェック、ドライバー基板の付け替え、モーター側を違う軸ドライバーで駆動させてみたり、はてはAruduinoにインストールしているGBRLのバージョンを最新のV1.1からV9に変えてみたり、色々やってみたが、結論としてはコントローラー部の異常という結論に・・・、このうちArduinoなのかCNCシールドなのか、ドライバーなのかがわからない。。

 で、結局2月余りの間、最初にCNCシールドを疑いV3.51に交換
IMG_6064.jpg

続いてドライバーのうち2つは別のソケットにはめてもおかしな動きをするのでドライバーも交換、さらにはArduinoも交換と殆ど全てのパーツを入れ替え、当初の構成で残っているのはモータードライバーのうち2(基板面の黒いやつ)だけ(笑)

こういうとき、Aliexpressでの代替部品調達は時間がかかってしょうがないのでArduinoUNO

DRV8825ドライバー基板はアマゾンで購入。

ちなみにArduinoUnoは重要なパーツになるので安全性を考慮して純正品。
IMG_6068.jpg

で、結局トラブルの原因だが、パーツ初期不良なのか、テストや原因究明の中で壊れたものなのか確たるところはわからない。
 原因究明のためソケットや電源をかなり抜き差ししたが、PCパーツのような信号系の基盤のつもりでラフな取り扱いをしているとソケット抜き差しの際に放電したしてびっくりする。小さいとはいえ、24Vの動力系で電圧、電流とも信号系基盤とは比較にならないため、もっとデリケートな取り扱いが必要だったのかもしれない。その辺の取り扱いの不慣れがあったのは確かだろう。

 ただ、中華クローンのArduinoUnoは最初一見したときに汚れというか使用感が半端なかった。Aliexpressではよく「全て新品」という表示がされていることがあるが、その表示がないなかったので、中古であった可能性もある。

悪戦苦闘の末、ひとまず4軸ともモーターの駆動が確認出来た。

タグ:DIY 自作 CNC

CNCの基本構成(3) [CNC]

 久々に、木工加工。
IMG_5994.jpg
 左側がZ軸のクランクホイール、右側がZ軸のリードナットとZ軸キャリッジプレートとの間に入れるスペーサー。
 木のぬくもりというか、柔らかさ、加工時のアバウト感がなかなかいい。 構造的強度や精度を出す部分は全て金属で統一したが、それ以外については木の方が工作は楽なので、随所に木質パーツを使用した。
 
 クランクホイールは、中央の8mm穴にリードネジを通し、スクリュウで締めて固定。加工下端の検出時などに手動でZ軸を動かす時に使う?
IMG_6012.jpg

トリマーなどのスピンドルを載せるZ軸キャリッジ
IMG_5975.jpg 
スピンドルの固定方法などに悩み、なかなか穴を開けられなかったが、ひとまずこういう構成で作ることにした。
前面から
Z軸 前面.png

平面図
spindle 平面図.jpg
平面図左下のピンクの四角がレーザーカッター、その右側の円がスピンドル。
なんと二刀流です。各種配線コードの処理、取り替えの際の精度管理などの問題もあるが、なにより取り替えの一手間があるのとないのとでは、大きな違いがある。要は取替えが結構めんどくさいだろうということで、両方載せることにした。
レーザーとスピンドルの軸のX軸からのオフセットは同じ。

スピンドルの固定は、Matthias Wandel氏がよく使うルーターマウント機構と同様。
プレートに上下2箇所に木製ホルダーを固定し、それぞれにをホースバンドを通し、スピンドル本体を縛って留める。これの製作はこれから。

レーザーカッターはTスロットレールにより上下に可動する。
Tスロットレールがホイール取り付けネジと干渉しないように木製スペーサーをプレートに固定し、これに木ねじでレールを留める。
IMG_6028.jpg

レール内にはこのTボルトが入る。
IMG_6040.jpg

レーザーカッター側はアルミアングルのホルダーに固定。Tスロットのレールの開口部にちょうどはまる幅8mmのスペーサーを入れ、レーザーを上下に動かした際の軸ずれしないようにしている。
IMG_6038.jpg
Tボルトをホルダーに通して固定する。
IMG_6031.jpg
ナットを緩めればレールに沿って上下に動かすことができ、任意の位置でナットを締めて固定。Tボルトがミリ規格なら色々選択肢はあったがインチ規格なので、6mmベニアに6角穴を開けナットを叩き込んだ。

かなり下げたところ。
IMG_6034.jpg
レーザーの焦点位置が概ね50mm程度なので、通常使う場合は多分この程度の高さになる。

上げたところ。
IMG_6033.jpg
ルーター作業の際にはダストフェンスを使用する予定なので、これに干渉しないよう上に引き上げて固定する。

CNCの基本構成(2) [CNC]

続いて、上から見た平面図
平面図.jpg
左右にある縦の構造がY軸フレーム。X軸ガントリーはこのレールの上を前後に動く。

フレームはX軸と同じく20×60だが、左右1本づつ、長さは750mm
X-carveの20×40に比べると強度的にはかなり上回ると思われる。

リニアレールとスロットホイールという直動機構メカニズムはX-carveと同じ。駆動機構はX・Y軸は2GTのフラットベルトとプーリーZ軸はリードネジで駆動する。
 前回紹介した「自作CNCマシン・レーザーカッターについて」さんのメカでは、リニアシャフトにリニアベアリングの直動機構をボールネジで駆動するというより高級な構成になる。当然、強度や耐久性の点では優位で、コスト的に見てもそれほど変わらないことから、本来はこの構成をかんがえていたのだが・・・重量の点で多分倍では収まらない。設置場所未定の中で、頻繁な移動を前提にすると、軽量化が優先せざるをえない。
 ただ、トリマー程度のスピンドルであれば強度的にはまったく問題ないと思われる。

レール部分に使用したOpenRailのリニアレール
Openrail.jpg

標準的な20mm規格のアルミフレームに極低頭ボルトで固定する。
上向きだけでなく、対向して浮きあがり押さえる下向きのレールを付ける。
IMG_5972.jpg
このレールを走るのがVスロットホイール。
プラスチックホイール.jpg
 このホイールをガタなく上下からレールを隙間なく挟みむには、ホイールを取り付けるプレートの穴開けを精密にする必要があるのだが、最後の微調整は、偏心スペーサーに頼ることになる。
偏心スペーサ.jpg
一見6角ナットのようだが、中心を外れた位置に軸穴が空いている。
6角柱の端に直径7.1mm強の円柱部分があり、  
この部分をプレートに空けた穴に差し込んだ状態で、ボルトを通してホイールを固定する。
IMG_5981.jpg
このボルト穴がスペーサーの中心軸から0.75mm偏心しているところがミソで、スペーサーを回転させると最大1.5mmボルトの軸を上下に微調整することができる。
ホイール取り付け時にはホイール間を広めにして、レールに通し、最後にレンチでスペーサーを回してガタがないところまで締める。
IMG_5982.jpg
なお、偏心スペーサーは対向するホイールの片側(下)だけでいいようだ。

 直動機構として採用した以上の方式、一見手軽なのだが、アルミフレームの他にレール、角ナット、極低頭ボルト、ホイール、偏心ナットなど多数の専用パーツが必要になる。パーツ毎に購入するとそれぞれは安価でも、数が多いので結構な金額になり、結果的にコストパフォーマンスとしては必ずしも良くない。

レールを使った直動機構の方式としては、最初からレールが付いたフレームを使う方法(X-carveがこれ)や
maker slide.jpg
V型スロットが付いたフレームに山型のホイールを使う方法
V Wheel.jpg
などがあるようだが、これらのフレームは国内品にないため輸入送料が嵩む。ただ、こちらの方がレール整形に必要な部品点数としては少ないので、コスト的にどっこいどっこいかもしれない。

X軸とY軸の駆動機構は、2GT規格のフラットベルトとプーリーで行う。
これはY軸駆動部分
IMG_6017.jpg
ベルトの両端は固定しているので、モーターが回転すると、プーリーがベルトをなぞって回転方向に移動する。ベルト幅が6mmしかなく、強度的にも不安になるが、見た目より強靱らしい。また、フラットベルトの特性としてバックラシュがないため精度は出るようだ。耐久性には若干不安があるが、消耗品として交換を前提にすればいいだろう。

ベルトの両端はフレームの端でベルトテンショナーに固定。ボルトでサイドプレートに引っ張ってたるまないようテンションを掛ける。

自作ベルトテンショナーとワイヤーカラーを流用したベルトクリップ。
IMG_6018.jpg

問題は、ベルトテンショナー。X-carveオリジナルのブラケットは厚さ1.5mm、幅12mmのスチール製の小さな部品だが、
ベルトテンショナー.png
AliExpressで購入すると2つで700円以上!これが6個必要になるのでアルミアングルで作ってみたのだが・・・・強度確保や工作精度からオリジナルより6mmも広くなってしまった。取り付けてみるとレールやホイールに干渉して、ホイールがこの位置で止まってしまう。
IMG_6005.jpg
ベルトの固定方法についてはもう少し研究してみることにする。

ベルトクリップは、ホームセンターにあったワイヤーを止めるカラーを流用。
IMG_6023.jpg
肉厚があり過ぎるが内径サイズ的はぴったりで特に圧着の必要はない感じ。
IMG_6004.jpg

以上、ハードウエアの構成だが、
このへんのCNCのDIYパーツはOpenBuildsのHPに色々と資料がある。
その多くは中国で製造されているらしく、経路は謎だがAliExpressで入手できる。だいたい、アメリカから購入するより送料も含めると安価になる場合の方が多いようだ。

 自由にパーツ選定できるのはいいが、点数が多いので調達はかなり面倒。時間があって金属加工が楽しむならいいが、使用目的だけならキットが無難だろう。
 金属加工が可能で置き場に困らなければ本当ならリニアシャフトにリニアベアリングの直動機構の方がパーツのセットで一括調達が楽だし、コスト的にもあまり変わらない感じ(むしろ安づくかもしれない)になる。
(つづく)

自作CNCの基本構成 [CNC]

自作CNCの大まかな基本構成です。
CNCの前面図。右端は側面図の後方一部
正面図.jpg
前面図の横長の構造がX軸ガントリー部。
長さ1050mmの20×60アルミフレームを前後並行に2本並べた構成
両サイドにY軸ホイールやモーターなどを固定するプレートが付く。
IMG_5997.jpg

CADではX軸上を左右に動くキャリッジを3つ書き込んでいるが、移動範囲を確認するためのもので実際には1つ。
キャリッジの構造はずいぶんと迷ったが、前後のアルミプレートにホイールやモーターなどを配置し、これを4本の20×40のアルミフレームで繋ぐことにした。フレームの厚さがかさばって冗長な構造ではある(^^;
IMG_5995.jpg

 ほかにもっとましな方法があったかもしれないが、手持ちのフレームを使えて手軽なのと、フレームだと、後入れナットを入れて後からでもパーツの取り付けが簡単にできるというメリットはある。
このキャリッジの前面に上下に直動するZ軸が付く。
これが一番下に下がった状態
IMG_5977.jpg

上にあげるとこうなる
IMG_5978.jpg

駆動は台形ネジのリードスクリューを使っている。
リードねじの左右の20×20フレームにはレールを固定し、Z軸キャリッジが直動する。
IMG_5986.jpg
中央部の黒の四角いブロックがリードナット。一応アンチバックラッシュ機構(逆転時のラグをなくす)付き。このナットにZ軸キャリッジを固定すると、リードねじの回転によりナット部が上下に動き、キャリッジを駆動する。

Z軸リードねじの支持部
IMG_5979.jpg
X-carveと同じ処理で、6mmのアルミ板にフランジ付きベアリングを埋め込んで、ねじで押さえて固定。ベアリング穴は22mmホールソーで開け、さらにフランジ部を落とし込むため幅1.5mm深さ1.5mm弱の段差をテンプレートを使ってトリマーで切削した。以前、ルーターテーブルのプレートを作った方法と同じ。

リードの固定はベアリングの上からプーリーで、
プーリー.jpg

下側をセットカラーで固定する。
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アルミは地金のままでは傷がつきやすく、目立ってしまうので黒染め塗料で塗装した。

少々高価だが、アルミ専用の黒染めスプレーを使用。アルミは一般的な塗料ではうまく乗らない。

X軸キャリッジをレールに乗せたところ。こいつがPCからの指令で左右に動く。
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(つづく)

あけましておめでとうございます。 [CNC]

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 タイミングを逃しましたが、あけましておめでとうございます。

 う~ン、最近、更新が滞っている。
 木工からしばらく遠ざかっているせいもある。
 実は、ここしばらはくアルミ加工ばかりをやっていた。
 同じ工作なのだが、金属加工は穴空けやネジ切りという単調な作業の繰り返しで、
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 これまでの木工やDIYとは勝手が違って、ハタと筆が止まってしまう。

 これが製作した穴だらけのパーツの一部。
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 変わったところでは、ルーターテーブルで5mmのエンドミル

を付けてアルミ板に長穴を開けているところ。
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 アルミフレームにネジを切ったり。
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 直接 タップの入れるのではなく、こういう先端がドリルになったタップで予め少しネジを切る。
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 5mm程度のアルミならこれだけで十分ねじ切りできるが、、さらに深くネジ切りしたい場合は、このネジにタップをねじ込んでさらに切削すると、簡単に深い垂直ネジを切ることができる。
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 仮組してみたパーツの一部。
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 もったいぶってしまったが、何を作っているのかというと、CNC(Computer Numeric Control)の構造パーツです。
 米国のINVENTABLEというところが出しているX-carveというキットのレプリカ・・・・ではなく強化版。
 同社のHPに各種パーツのCADなどの資料が公開されているので、これを参考に随所を強化したりして、オリジナルバージョンのCADを描いた。
CNC CAD.jpg

 これのヘッドにルーターを付ければCNCルーター、
 レーザーカッターを付ければCNCレーザー加工機、
 3Dプリンタヘッドを付ければ3Dプリンターに、
 ペンを付ければ、何とプロッタプリンターにと、載せる物によって色々な使い方が出来る・・・理論上は(笑)。

 ただ、ブログ記事にするのは、どうもめんどくさいい。
 というか、CNCに興味のある方は、こちらのブログを参考にされるのがいいです。
 読み手の立場に立った緻密で子細な記述、きめ細かなタグやリンクの管理等、資料的価値の高い大変素晴らしいブログで、こことは比べ物になりません。
 ここがなければ、自分もCNCを自作しようなどとは思わなかったと思う。


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